MAGNETO-OPTICS
MAKALAH
Untuk memenuhi tugas mata kuliah Kristalografi Lanjut yang dibimbing oleh Bpk. Markus Diantoro
OLEH:
1. FIQROTUL JANNAH (309322417557) 2. ILIYYUN NOVIFANA (409322417699)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN FISIKA
MAGNETO - OPTIK
Sebagaimana yang diketahui, cahaya tidak akan terpengaruh apa-apa ketika ia bergerak dalam lingkungan medan listrik maupun magnetik yang statis dalam medium linier. Namun dalam medium non-linier, terjadi interaksi antara cahaya dengan medan listrik atau magnetik yang statis. Sifat ini ditunjukkan oleh Efek Faraday dan Efek Kerr.
Magneto-optik pertama kali dipelajari oleh Michael Faraday pada tahun 1845 yang menunjukkan bahwa ketika cahaya terpolarisasi melewati sepotong kaca yang diletakkan dalam medan magnet, bidang polarisasi cahaya yang diteruskan berputar. Efek ini dikenal dengan Efek Faraday. Efek Faraday ini saat ini biasanya digunakan pada berbagai macam microwave dan peralatan optis. Fenomena yang berhubungan ditemukan oleh John Kerr pada 1877, jika Efek Faraday teramati pada transmisi, magneto-optik Efek Kerr teramati pada pemantulan. John Kerr merefleksikan cahaya dari kutub yang dihaluskan sebuah elektromagnet dan diperoleh bidang polarisasinya berputar. Kerr rotation biasanya digunakan pada piringan magneto-optik dengan kemampuan menyimpan Mega bit. Fenomena magneto-optik yang lain yaitu efek Cotton-Mouton, sebuah hubungan kuadratik antara birefringe (bias-ganda) dan medan magnet dan
magnetic circular dichroism.
A. Efek Faraday
Definisi Efek Faraday adalah peristiwa yang terjadi bila putaran arah polarisasi cahaya pada bahan yang terletak dalam medan magnet sejajar dengan arah rambat cahaya. Peristiwa ini diamati oleh Michael Faraday (1845) pada cahaya yang merambat dalam gelas. Ketika cahaya terpolarisasi linier sejajar dengan medan magnet, bidang polarisasi diputar melalui sudut ψ. Hal ini ditemukan bahwa sudut rotasi diberikan oleh
ψ (ω) = V (ω) Ht
dimana H adalah medan magnet yang diterapkan, t adalah ketebalan sampel, ω adalah frekuensi sudut dari gelombang elektromagnet, dan V(ω) adalah koefisien Verdet. Faraday rotasi diamati dalam bahan bukan magnetik serta dalam
ferromagnets. Koefisien Verdet dari sebuah bahan komersil one-way glass
di-plotkan sebagai sebuah fungsi dari panjang gelombang.
Tabel 2.1 Koefisien Verdet berbagai bahan
Koefisien Verdet yang diukur pada panjang gelombang 0,589 µm dan 20odalam degrees/G mm
Air (H2O) 2,2 x 10-5
Fluorite (CaF2) 1,5 x 10-6
Diamond (C) 2,0 x 10-5
Glass Silika (SiO2) 2,8 x 10-5
Efek Faraday atau juga dapat disebut sebagai Rotasi Faraday adalah suatu interaksi antara cahaya dengan medan magnetik yang terjadi dalam suatu bahan dielektrik. Efek Faraday terjadi dan dimulai pada bidang polarisasi. Efek Faraday juga menerangkan tentang intensitas medan magnet yang dapat memutarkan bidang cahaya terpolarisasi. Dimana besarnya sangat dipengaruhi oleh intensitas medan magnetik pada arah perjalanan cahaya.
Bukti yang menguatkan bahwa ada hubungan cahaya dengan elektromagnetik adalah terlihat dari sifat radiasi elektromagnetik. Dimana radiasi elektromagnetik tersebut membawa atau mengandung energi serta momentum didalamnya, yang dapat dilepaskan untuk dipindahkan ketika berinteraksi dengan materi atau bahan.
Efek Faraday sendiri dihasilkan karena adanya resonansi ferromagnetic. Resonansi ferromagnetic disini dapat diartikan resonansi yang disebabkan dari cahaya yang mengenai bahan dielektrik sehingga menyebabkan resonansi dari bahan tersebut (ferromagnetic yaitu bahan dengan sifat magnet yang sangat kuat), dimana hal ini terlihat jelas dan dibuktikan dengan adanya alat pendeteksi (tensor). Resonansi ini menyebabkan, berkas gelombang terbagi menjadi dua (terpolarisasi secara serkuler). Seharusnya setelah melewati medium dan mencapai medium yang normal (medium awal sebelum mengalami resonansi), dua berkas tersebut akan bersatu kembali, tetapi karena terjadi perbedaan kecepatan propagasi dengan kesetimbangan fase, yang berakibat kepada rotasi sudut polarisasi linier.
Sedangkan untuk memungkinkan terbentuknya rotator Faraday, yang merupakan komponen utama dari isolator Faraday, dapat ditentukan dengan memilih bahan dengan memilki nilai konstanta Verdet positif yang tinggi. Konstanta Verdet positif menunjukkan rotasi L (berlawanan arah jarum jam), yaitu ketika penjalaran gelombangnya paralel terhadap medan magnetik dan rotasi R (searah jarum jam) ketika arah penjalarannya anti paralel.
B. Tensor Nature
Dalam kehadiran medan magnetik, seluruh material menunjukkan rotasi Faraday, tanpa memperhatikan simetrinya. Tidak seperti aktivitas optik, efek ini tidak dibatasi oleh acentric point groups. Besar sudut rotasi sebanding dengan panjang lintasan t dan besar medan magnet H yang diberikan.
Beberapa pengukuran relatif telah dilakukan pada kristal anisotropik. Birefringe natural membuat eksperimen menjadi sulit pada arah yang berbeda daripada sumbu optik. Untuk sudut yang mendekati sumbu optik, prosedur umumnya yaitu mengukur rotasi Faraday paralel dan antiparalel terhadap medan magnet yang diberikan. Rata rata dari kedua pengukuran mengurangi beberapa
errors.
Pada material nonmagnetik efek Faraday sangat lemah, umumnya lebih lemah daripada aktivitas optik dan birefringe natural. Hal ini hanya dapat dilihat pada media non-enantiomorphic dimana keduanya isotropik atau terorientasi sepanjang sumbu optik.
Dalam bentuk tensor rotasi Faraday diberikan oleh
dimana adalah sudut rotasi t adalah ketebalan specimen, Ni merupakan arah kosinus dari normal gelombang, Hj merupakan komponen dari medan magnetik
DC dan Vij merupakan tensor Faraday. Pada material magnetik efek Faraday lebih besar dan sebanding dengan magnetisasi dari material.
C. Efek Faraday Pada Microwave Magnetics
Rotasi Faraday digunakan untuk mengolah gelombang elektromagnetik pada daerah gelombang mikro (microwave) pada daerah antara 1-100 GHz. Interaksi yang kuat terjadi antara microwaves dengan keberadaan spin elektronik pada ferrite termagnetisasi.
Jika dianggap sebuah material magnetik dengan magnetisasi saturasi Is yang diarahkan dengan medan magnet DC yang kuat H sepanjang arah Z3. Jika keterarahan Isdiganggu, terjadi belokan di sekitar H dengan seluruh spin elektron berbelok bersama. Pergeseran ini timbul disebabkan momentum angular dari tiap elektron. Jika spin dan magnetisasi dibelokkan oleh sudut θ, gaya pemulih μH sin
θbekerja melawan perubahan ini, tetapi magnetisasi tidak kembali seketika
menuju arah medan. Tetapi justru berbelok di sekitar Z3 dengan frekuensi angular
ω0 = γH, dengan γ adalah rasio gyromagnetic. Untuk spin elektron γ = 35 KHz m/A. Ketika dipandang sepanjang Z3, magnetisasi Is berputar pada arah jarum jam di sekitar H (Gambar 4.1a). Gerak rotasi ini disebabkan oleh dispersi temporal.
Gambar 4.1 (a) belokan magnetisasi Is di sekitar medan magnet DC H
31.4 Magneto-Optik Recording Media
Garnet Ferrimagnetic juga memiliki teknologi yang penting yang terlihat dan dekat kisaran inframerah. Dibandingkan dengan bahan magnetik lainnya, garnet (batu akik yang berwarna merah tua) memiliki koefisien penyerapan optik sangat rendah. Rasio rotasi Faraday ψF ke koefisien absorpsi α sering digunakan sebagai engineering figure yang dimanfaatkan untuk perangkat magneto-optik yang dioperasikan dalam mode transmisi. Magnetic logam seperti Fe dan Co memiliki nilai ψF / α rendah karena penyerapan koefisiennya besar. Lain kristal
feromagnetik yang lebih transparan seperti CrBr3 memiliki suhu Curie sangat rendah.
Bismut-substitusi (tiruan) garnet adalah salah satu bahan magneto-optik yang paling menjanjikan terlihat di daerah panjang gelombang. Spektrum rotasi Faraday dari polikristalin Gd3-xBixFe5O12 di daerah tampak ditunjukkan pada Gambar. 31.5. Sebuah medan magnet tidak diperlukan dalam bahan ferrimagnetic seperti ini. Sekali magnetisasi telah jenuh, medan magnet internal yang
Perkembangan dari sistem memori magneto-optik dan magneto-optik modulator cahaya telah menghidupkan kembali minat Efek Faraday dan fenomena terkait. Magneto-optik rekaman pertama kali diperkenalkan pada tahun 1957 dengan menggunakan MnBi film magnet tegak lurus ke permukaan. Film-film yang diinterogasi oleh optik memantulkan cahaya terpolarisasi dari permukaan. Rotasi dapat diamati dalam refleksi sebagus transmisi, yang disebut Kerr Rotasi.
Pengaruh Kerr dapat dilihat dalam tiga orientasi yang berbeda (Gambar 31.6 (a)), tetapi konfigurasi kutub umumnya lebih disukai untuk kepadatan penyimpanan tinggi. Rotasi optik terbalik untuk refleksi dari 180o domain magnetik (Gambar
31.6 (b)).
Magneto-optik disk secara luas digunakan dalam informasi dan industri hiburan. Mereka menggabungkan kepadatan tinggi-bit rekaman optik dengan fitur terbaik dari penyimpanan magnetik, permanen, dan erasability. Informasi disimpan melalui mekanisme penulisan titik Curie di mana cahaya diserap dalam film magnetik, hingga pemanasan film. Daerah film di bawah intens iluminasi kembali ke keadaan paramagnetik ketika dipanaskan di atas titik Curie. Ketika didinginkan
dalam medan magnet yang cocok, wilayah paramagnetik kembali ke keadaan magnet, tetapi arah magnetisasi berubah. Menghasilkan pola domain yang meniru incident light. Informasi dibacakan oleh Kerr Effect.
Persyaratan untuk media penyimpanan yang berguna yang agak tinggi-density, tinggi sensitivitas penulisan dan tinggi efisiensi membaca-keluaran. Bit-density ditentukan oleh minimal ukuran domain, sehingga besar anisotropi
magnetocrystalline diperlukan untuk konfigurasi film tipis. Penting parameter material untuk menuliskan Curie-point termasuk konduktivitas termal yang rendah, titik Curie tepat, dan tinggi penyerapan optik.
Besar berat atom mendukung konduktivitas termal yang rendah serta besar rotasi Faraday. Besar efek magneto-optik yang diperlukan untuk efisiensi membaca-keluaran. Untuk menghindari kerusakan efek birefringence, adalah
menguntungkan untuk mengarahkan sinar sepanjang sumbu optik. Ini paling mudah di optik media isotropik.
Fenomena transfer spin-obit dan charge ditemukan dalam unsur-unsur berat dengan orbital campuran menimbulkan besarnya rotasi Faraday. Magneto-optik Kerr effects pada logam magnetik dan senyawa intermetalik secara signifikan lebih besar daripada di ferrites kebanyakan.
Kebanyakan dari persyaratan ini menemukan MnBi dan EuO namun batas butir ternyata menjadi kesalahan fatal. Kebisingan latar belakang yang besar membatasi penggunaan polikristalin film tipis. Pengenalan film intermetalik amorf tanpa batas butir memecahkan masalah ini. Amorf film tipis langka bumi-transisi paduan logam yang dibuat dengan proses sputtering. Di antaranya paduan, Tb20Fe74Co6 secara luas digunakan sebagai bahan disk yang magneto-optik. Seperti yang ditunjukkan dalam Bagian 15.6, TbFe2 kristal memiliki koefisien magnetostriktif besar dan besar magnetik anisotropi karena spin-orbit kopling di terbium. Keduanya berkontribusi ke Ku anisotropi uniaksial yang memungkinkan untuk menarik film-film di arah atas dan ke bawah normal ke permukaan. Kriteria untuk magnetisasi tegak lurus adalah Ku > 2π (Is)2. Untuk mengurangi Is
komposisi paduan disesuaikan untuk berada di dekat titik kompensasi di mana Tb dan Fe momen magnetik hampir dibatalkan. Hal ini dimungkinkan karena
magnetik terbium dan besi dalam arah yang berlawanan seperti pada
magnetostrictive (Tb, Dy) Fe2 (Gambar 15.10). Mirip efek yang diamati pada rare-earth besi garnet (Gambar 14.9). Penyimpanan informasi dalam magneto-optik perangkat jenis ini segera diproyeksikan mencapai 1 Gbit/cm2 jangkauan.
Gambaran merit sering diadopsi untuk kenangan magneto-optik adalah R sin2 θK di mana R adalah reflektifitas dan θK adalah rotasi Kerr. Cerium berbasis senyawa seperti CeBi dan CeSb memiliki gambaran merit tiga lipat lebih besar
dibandingkan TbFeCo dan paduan lainnya, tetapi hanya pada suhu yang sangat rendah di bawah medan yang sangat tinggi. Efek magneto-optik telah ditingkatkan dikaitkan dengan 4f untuk 5d transisi elektronik.
31.5 Magnetic Circular Dichroism
Magnetic circular dichroism secara asli mirip dengan Efek Faraday. Dalam feromagnet, dua gelombang sirkuler terpolarisasi merambat dengan bias yang berbeda indeks dan berbeda koefisien penyerapan. Setelah bergerak jarak t dalam sampel, tampaknya ada perbedaan fase antara tangan kanan dan kiri gelombang yang diberikan oleh
ψ = (πt / λ) (n (L) - n (R)) = θFt,
dimana n (L) dan n (R) adalah indeks bias dari dua sirkuler terpolarisasi
gelombang elektromagnetik, dan θF adalah koefisien Faraday yang sepenuhnya magnet materi dalam derajat/m.
Jika dua gelombang terpolarisasi melingkar yang diserap pada tingkat relatif amplitudo yang berbeda akan berubah juga. Lingkaran magnetik dichroism adalah didefinisikan sebagai perbedaan koefisien absorpsi α untuk kanan dan kiri sirkuler terpolarisasi cahaya:
Δα = α (L) - α (R).
Δα dan θF keduanya fungsi kuat dari frekuensi ω. Keduanya diatur oleh tipe yang sama pada hubungan tensor.
Bila tidak ada medan magnet diterapkan, intensitas cahaya ditularkan melalui sampel t ketebalan adalah
I = I0 exp (-αt),
dimana α adalah koefisien penyerapan dan I0 adalah intensitas masukan. Dalam kehadiran dari medan magnet atau suatu magnetisasi, koefisien penyerapan untuk sirkuler kanan dan kiri terpolarisasi gelombang, α (L) - α (R), adalah berbeda, menyebabkan perbedaan dalam intensitas I (R) - I (L). Dichroism melingkar magnetik, dinyatakan dalam derajat per gauss, diberikan oleh
ψ =(90/π) ((I (R) - I (L))/(I (R) + I (L))) Pengaturan eksperimental untuk mempelajari dichroism melingkar magnetik ditunjukkan pada Gambar. 31.7.
Percobaan umumnya dilakukan selama terlihat dan dekat rentang inframerah menggunakan geometri transmisi. Polarisasi didorong antara tangan kanan dan kiri keadaan sirkuler terpolarisasi pada frekuensi 50 kHz menggunakan modulator fotoelastis. Cahaya yang ditransmisikan adalah dideteksi dengan photomultiplier dan kunci-in amplifier. Perubahan 7% pada intensitas cahaya yang ditransmisikan sesuai dengan salah satu derajat dichroism melingkar magnetik.
Dichroism melingkar magnetik yang digunakan dalam studi encer semikonduktor magnetik seperti Cd1-xMnxTe. Kelas material ini telah cukup menarik karena sifat magnetik mereka, elektronik, dan optik. Struktur pita valensi semikonduktor magnetik sangat dipengaruhi oleh keadaan d-orbital elektronik bagian ion
magnetik. Magneto-optik eksperimen telah memberikan kontribusi penting dalam menjelaskan interaksi antara keadaan ikatan sp3 bagian tetrahedral terkoordinasi atom semikonduktor dan d-kadar logam transisi elemen.
Spektrum dichroism magnet melingkar telluride mangan ditampilkan pada Gambar. 31.8.
Besar puncak negatif dekat 3,4 eV dan puncak positif yang lemah pada 3,6 eV yang dikaitkan dengan optik band-gap transisi dalam semikonduktor. Struktur sekitar 3,1 eV berasal dari d-d transisi di mangan ion. Perubahan dalam intensitas puncak dichroic berlangsung dengan suhu dan komposisi sebagai sampel
mengalami transformasi fasa magnetik. Dua dari yang menarik bidang yang menjadi perhatian penelitian struktur superlattice dan kuantum yang muncul
dalam semikonduktor magnetik encer.
Terlepas dari pertanyaan-pertanyaan ilmiah yang menarik, ada alasan praktis untuk menyelidiki semikonduktor magnetik encer. Aplikasi baru daerah
menggabungkan " rekayasa Band-gap" dan "rekayasa spin" diharapkan muncul. Salah satu contoh adalah isolator optik memanfaatkan
Cd1-x-yHgxMnyTe kristal sebagai amplifier di Er-doped sistem komunikasi serat optik.
Luminescence Magnetooptical didefinisikan secara analog dengan magnet melingkar dichroism. Luminescence berasal dari transisi elektronik antara keadaan tereksitasi dan keadaan energi ground yang lebih rendah. Perbedaan dalam intensitas antara sirkuler kanan dan kiri terpolarisasi menyediakan spektrum luminescence informasi tentang keadaan magnetisasi dari ion bereksitasi.
31.6 Efek Magneto-Optik Nonlinear
Pengaruh medan magnet pada indeks bias dapat ditentukan dengan memperluas komponen indicatrix dalam deret pangkat.
ΔBij = Bij (H) - Bij (0) = qijkHk + qijklHkHl+ · · ·
Karena ΔBij adalah tensor peringkat kutub kedua dan Hk adalah tensor peringkat pertama aksial, qijk adalah tensor peringkat ketiga aksial, dan qijkl adalah tensor peringkat kutub keempat. Ketiga rank tensor aksial telah dibahas beberapa kali sebelumnya. Pengaruh Hall, efek piezomagnetic, dan efek electrogyration semua tensor aksial dari peringkat tiga. Untuk gelas, cairan, dan kristal simetri kubik tinggi, satu-satunya koefisien nol adalah q123 = q231 = q312 = -q213 = -q321 = -q132. Tapi tensor ΔBij harus simetris, sehingga qijk = qjik = 0. Ketergantungan linear indeks bias pada medan magnet adalah nol, kecuali untuk Efek Faraday.
Ketika sinar tegak lurus terhadap medan magnet, Efek Faraday juga menghilang. Dalam keadaan ini istilah kuadratik nonlinear mendominasi. Ini adalah Efek Cotton-Mouton yang mirip dengan kuadratik efek elektro-optik (Efek Kerr), tetapi jauh lebih lemah. Dalam kedua kasus birefringence adalah sebanding dengan kuadrat dari medan. Persamaan Kerr Effect dalam bagian 28.4 berlaku juga untuk Efek Cotton-Mouton, menggantikan E2 dengan H2. Susunan eksperimental ditunjukkan pada Gambar. 31.9 adalah digunakan untuk mengukur Efek Cotton-Mouton dalam cairan. Efek terbesar adalah diamati dalam cairan aromatik seperti benzena dan kloroform yang memiliki viskositas rendah dan kerentanan
diamagnetik yang cukup besar. Sebagai cincin seperti struktur menyelaraskan dalam medan magnet simetri perubahan cairan dari ∞∞ m1’ ke ∞ / mm’,
memperkenalkan birefringence. Bahkan lebih besar efek Cotton-Mouton diamati pada kristal cair dan cairan magnetik (Bagian 30.5).
Dalam kristal magnetis-memerintahkan perubahan simetri pada suhu Curie Tc. Untuk YIG (Y3Fe5O12) perubahannya adalah dari m3m1’ grup titik kubik di atas 560 K ke grup titik trigonal -3m’ bawah. Berputar berpasangan diarahkan bersama salah satu arah dari tubuh-diagonal dalam suhu rendah keadaan
ferrimagnetic. Perubahan sangat kecil dalam dimensi sel satuan dan posisi atom mengambil tempat di fase transisi. Akibatnya, sebuah birefringence optik kecil muncul dalam kristal YIG. Untuk mengukur birefringence, sebuah medan magnet kecil diterapkan di sepanjang [111], mengubah kristal menjadi keadaan domain tunggal melalui gerak domain dinding. Birefringence Δn = n||- n⊥ kemudian diperoleh dengan gelombang normal tegak lurus terhadap arah medan. Indeks bias n|| dan n⊥ diukur dengan paralel cahaya terpolarisasi dan tegak lurus terhadap medan. Untuk YIG, birefringence linier magnetik (Δn) pada 295 K adalah 5,16×10-5, diukur dalam inframerah dekat pada panjang gelombang 1,15 μm. Lainnya rare earth garnet memberikan birefringences serupa 2-10×10-5.
Dengan cara perbandingan, birefringence sesuai pada kristal feroelektrik jauh lebih besar. Kubik untuk tetragonal dalam menghasilkan barium titanat sebuah birefringence dari sekitar 5×10-2, sekitar tiga lipat lebih besar dari garnet ferrimagnetic.
Birefringence optik terjadi pada kristal antiferromagnetik juga. Domain perubahan NiO ferrobimagnetic (Gambar 15.16) yang divisualisasikan dalam cara. Koefisien penyerapan kristal dengan pesanan jarak jauh magnetik menunjukkan perilaku yang sama, efeknya kadang-kadang disebut sebagai linear magnet dichroism. Dalam percobaan ini, pengukuran dilakukan dengan cahaya balok tegak lurus terhadap medan magnet yang diberikan. Perbedaan dalam penyerapan koefisien Δα = α|| - α⊥ diukur dengan paralel cahaya terpolarisasi dan tegak lurus medan. Fenomena nonlinear lain yang menarik juga terjadi pada logam dan kristal anorganik dengan urutan jarak jauh magnetik. Nonlinier optik sifat magnetik origin kadang-kadang sangat berbeda dari listrik origin. Itu didorong oleh vektor magnetik dari Lightwave dapat dibedakan eksperimental dari yang didorong oleh vektor medan listrik. Pertimbangkan pengukuran indeks bias atau koefisien penyerapan kristal uniaksial. Percobaan dapat dilakukan dalam cahaya terpolarisasi dengan tiga orientasi yang berbeda dari vektor listrik (E), vektor magnetik (H), dan gelombang normal (N):
Dalam bahan bukan magnetik yang paling transparan, α-spektrum identik dengan σ-spektrum, dan kami menyimpulkan bahwa sifat-sifat yang disebabkan interaksi dipol listrik dengan vektor listrik dari gelombang cahaya. Interaksi magnetik mendominasi ketika α- dan π- spektrum adalah identik.
Contoh terbaik dari transisi dipol magnetik yang ditemukan dalam microwave dan spektrum inframerah jauh dari garnet besi transparan. Sebagaimana dibahas sebelumnya dalam Bagian 31.3, hal ini terkait dengan kontribusi gyromagnetic ke Faraday Effect. Karakteristik dari Efek Faraday gyromagnetic dalam inframerah adalah bahwa rotasi bidang polarisasi independen frekuensi. Pada frekuensi yang lebih tinggi di dekat kisaran terlihat, Efek Faraday meningkat pesat karena kontribusi dipol listrik yang terkait dengan biaya transfer transisi (Gbr. 31.5). Koefisien Faraday dalam inframerah kecil, umumnya dalam 40-70 derajat/rentang cm.
31.7 Fenomena Optik Magnetoelectric
Beberapa kristal menunjukkan perilaku baik dipol magnetik dan listrik. Antiferromagnetik kromium oksida memberikan contoh menarik dari dipol campuran eksitasi. Efek magnetoelectric dibahas dalam bagian 14.9 memberikan kopling mekanisme antara medan listrik dan magnetisasi.
Struktur kristal Cr2O3 adalah isomorf dengan α-Al2O3 dengan ion kromium oktahedral dikoordinasikan untuk hexagonally close-packed ion oksigen. Dekat suhu kamar pada 307 K, Cr2O3 mengalami transformasi fasa dari suhu tinggi keadaan paramagnetik untuk temperatur rendah keadaan antiferromagnetik di mana elektron 3d berpasangan dari Cr3+ menyelaraskan sepanjang simetri tiga kali lipat sumbu dengan cara antiparalel (Gambar 14.6). Kelompok simetri perubahan dari -3m1’ atas TN untuk -3’m’ TN bawah.
Sifat optik nonlinier dari kristal bukan magnetik yang dijelaskan dalam bab 29. Untuk generasi harmonik kedua vektor polarisasi listrik dari harmonik kedua (Pi (2ω)) berhubungan dengan komponen medan listrik dari fundamental (Ej (ω)) dan (Ek (ω)) melalui SHG koefisien dijk:
Pi (2ω) = dijkEj (ω) Ek (ω).
Polarisasi dan medan listrik keduanya kutub tensor peringkat pertama, dan karena itu dijk adalah tensor peringkat kutub ketiga seperti efek piezoelektrik, menghilang di media centrosymmetric. Cr2O3 memiliki pusat simetri di atas TN, sehingga
sinyal harmonik kedua menghilang di keadaan paramagnetik.
Listrik pasangan dipol vektor listrik E ke vektor listrik P. Ini cara normal di mana gelombang harmonik kedua yang dihasilkan, tetapi tidak satu-satunya cara. Ada juga dapat penghubung antara magnetisasi (Ii) dan listrik bidang komponen (Ej, Ek):
Ii (2ω) = dmijk Ej (ω) Ek (ω).
Superscript m menunjukkan bahwa interaksi antara E dan I melanjutkan melalui dipol magnetik daripada melalui dipol listrik. Untuk membedakan dua jenis efek SHG kita gunakan deijk untuk koefisien dipol listrik dan dmijk untuk koefisien dipol magnetik. Seperti yang ditunjukkan sebelumnya, deijk adalah peringkat tensor kutub ketiga, namun dmijk tidak. Karena magnetisasi adalah pertama aksial tensor rank, dan Ej dan Ek adalah tensor peringkat kutub pertama, dmijk adalah peringkat ketiga aksial tensor. Axial tensor peringkat ketiga tidak menghilang di kelas centrosymmetric, termasuk grup titik -3m1’, dan karena itu sinyal harmonik kedua dari Cr2O3 atas TN berasal dari interaksi dipol magnetik.
Ketergantungan suhu sinyal harmonik kedua untuk kristal tunggal Cr2O3
ditunjukkan pada Gambar. 31.10. Sinyal dipol listrik turun menjadi nol pada TN, tapi sinyal dipol magnet tidak.
Percobaan dilakukan dengan gelombang fundamental dan harmonik normal sejajar dengan sumbu simetri tiga kali lipat (c = [001] = Z3). Itu masuk mendasar adalah sejajar terpolarisasi dengan sumbu simetri ganda (A = [100] = Z1). Dengan Ej = Ek = E1, hubungan SHG menjadi
Pi (2ω) = de i11E21 untuk harmonik dipol listrik, dan
untuk harmonik dipol magnetik.
Seperti dapat dilihat pada Gambar. 31.10, baik harmonik yang diamati di bawah TN di keadaan antiferromagnetik. Kontribusi dipol magnetik dan listrik yang dibedakan dengan polarisasi gelombang harmonik. Berikut TN kelompok simetri adalah -3’m’. Menggunakan Hukum Neumann itu mudah menunjukkan bahwa de211= 0 dan dm111= 0. Oleh karena itu kedua paralel harmonik cahaya terpolarisasi untuk Z1 berasal dari istilah dipol listrik, sedangkan yang kedua panjang
gelombang harmonik paralel terpolarisasi untuk Z2 memiliki dipol magnetik origin.
Domain antiferromagnetik di Cr2O3 (Gambar 14.15) dapat diamati dengan menggunakan pola interferensi antara dua jenis gelombang harmonik kedua. Teknik terbaik ini bekerja ketika panjang gelombang yang mendasar sesuai dengan salah satu band penyerapan dalam spektrum kristal oksida kromium bidang dalam hal ini yang intens transisi 4A2g → 4T2g (Gbr. 26.7). Kedua
harmonik generasi adalah proses optik nonlinier melibatkan penyerapan simultan dari dua foton dari gelombang fundamental, diikuti oleh emisi foton dengan frekuensi 2ω. Kehadiran band penyerapan intens membantu dalam proses konversi.
Nonlinear magnetoelectric dan magneto-optik belum menemukan aplikasi penting yang praktis, tetapi sejumlah eksperimen yang menarik sedang berlangsung. Jadi baik generasi magnetis-diinduksi harmonik kedua (MSHG) dan elektrik-induced SHG (ESHG) berlangsung di oksida kromium. MSHG juga telah diamati dalam BiFeO3.
Sumber:
http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2110390-pengertian-efek-faraday/#ixzz29QJqHt4M
